Kata pengantar
Dengan meningkatnya penerapan laser serat, keandalan laser serat semakin menarik perhatian, termasuk keandalan kinerja keluaran laser, keandalan komponen elektronik, keandalan perangkat optik, keandalan sistem, dll. Tunggu.Sebagian besar terkait erat dengan sifat termal dari laser itu sendiri.Selain itu, suhu memiliki pengaruh besar pada kinerja laser, terutama daya keluaran dan stabilitas keluaran laser.
Panas dari laser serat terutama berasal dari sumber pompa dan rongga penguatan.Untuk sumber pompa, efisiensi konversinya sekitar 50%, yang juga berarti energi yang setara dengan daya optik keluaran dihasilkan dalam bentuk panas.Jika panas tidak dapat dihilangkan dalam waktu, suhu chip internal akan naik dengan cepat, dan panjang gelombang pusat laser akan melayang saat suhu naik.Untuk rongga penguatan, setelah lampu pompa memasuki serat penguatan aktif, hanya sebagian saja yang diubah menjadi keluaran laser, dan sisa energi diubah menjadi energi panas.Energi termal akan meningkatkan suhu media penguatan, menghasilkan perluasan spektrum fluoresensi dan emisi spontan seumur hidup yang singkat, sehingga mengurangi efisiensi konversi energi.Oleh karena itu, manajemen termal memiliki signifikansi yang tidak dapat diabaikan untuk laser serat.Saat ini, teknologi manajemen termal yang umum digunakan terutama berpendingin udara dan berpendingin air.Di antara mereka, teknologi pembuangan panas berpendingin udara terutama digunakan dalam laser berdenyut daya rendah dan laser kontinyu berdaya rendah.Sebagian besar laser serat berdaya menengah dan tinggi menggunakan pembuangan panas berpendingin air sebagai pembuangan panas utama.
Dua cara untuk menghilangkan panas
1. Pendinginan air
Sesuai namanya, pendingin air adalah penggunaan air untuk menghilangkan panas melalui penukar panas (seperti pelat pendingin air).Prinsip kerjanya juga sangat sederhana, yaitu air dingin di dalam chiller mengalir ke heat exchanger melalui pipa air, lalu keluar dari port heat exchanger yang lain, kemudian mengalir kembali ke chiller melalui pipa air. .Panas terbawa dari bagian dalam laser.
Metode pembuangan panas berpendingin air memiliki struktur sederhana dan mudah dirawat;kapasitas pembuangan panasnya kuat dan keseragaman suhunya bagus.Performa pendinginan laser dapat ditingkatkan dengan menggunakan chiller dengan kapasitas pendinginan yang lebih besar.Saat ini, ada lebih dari 500 produsen yang mengintegrasikan dan menjual mesin las laser genggam di pasaran, dan mereka umumnya menggunakan pendingin air.Namun, selain laser itu sendiri, mesin las laser genggam dengan pendingin air juga memerlukan pendingin dan air tambahan, yang menghasilkan peningkatan substansial dalam volume dan berat keseluruhan peralatan, dan lingkungan penggunaan yang terbatas.
2. Pendinginan udara
Dalam arti luas, pembuangan panas berpendingin udara mengacu pada penggunaan kipas untuk meningkatkan konveksi udara dan menyelesaikan pertukaran panas di dalam mesin.Dengan peningkatan teknologi, produsen laser besar mulai menginjakkan kaki di bidang pendinginan udara dan pembuangan panas.Pada bulan Juni tahun lalu, perusahaan raksasa laser serat global I meluncurkan produk las laser genggam LightWELD 1500W berpendingin udara;pada bulan Agustus, GW meluncurkan mesin las laser cerdas A1500W berpendingin udara di Tiongkok;pada bulan Oktober, perusahaan Reci juga meluncurkan mesin las laser berpendingin udara FCA1500.laser.
▲ Tukang las laser berpendingin udara：reci、IPG、GW
(Gambar berasal dari Internet, jika ada pelanggaran, harap hubungi kami untuk menghapusnya)
Ketiga laser ini terutama ditujukan untuk segmen pasar pengelasan laser genggam.Laser berpendingin udara dapat membuat pekerjaan lebih fleksibel dan portabel.Ketiga laser menggunakan pembuangan panas berpendingin udara tanpa peralatan pendingin air tambahan, yang mengurangi biaya.Pada saat yang sama, ukuran dan berat peralatan sangat berkurang.Meskipun keduanya disebut laser berpendingin udara, skema pembuangan panas berpendingin udara yang digunakan berbeda, termasuk pendinginan kipas, pendinginan radiator pipa panas, dan pendinginan dan pendinginan kompresor.(1) Pembuangan panas kipas Dalam laser, panas yang dihasilkan di dalam sumber pompa dan rongga penguatan dihilangkan menggunakan substrat dengan konduktivitas termal yang baik (seperti tembaga, aluminium nitrida, dll.), dan kemudian panas dihilangkan dengan konveksi.Metode ini disebut pendinginan konveksi.Perpindahan panas konvektif dapat dibagi menjadi konveksi alami dan pembuangan panas konveksi paksa sesuai dengan gaya penggerak aliran fluida.Dengan tidak adanya gaya eksternal, hanya perbedaan suhu fluida yang dapat membuat fluida mengalir secara spontan untuk melakukan perpindahan panas, yang kita sebut konveksi alami;ketika ada gaya penggerak eksternal, yaitu fluida digerakkan oleh kipas, kipas, dan komponen lainnya.mengalir, sehingga menghilangkan panas, kami menyebutnya konveksi paksa.Karena pembuangan panas yang sangat lambat dan efek konveksi alami yang buruk, ini tidak dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan pembuangan panas laser.Oleh karena itu, perlu menambahkan kipas ke seluruh sistem pendingin untuk mempercepat aliran udara dan mengubah konveksi alami menjadi konveksi paksa.
▲ Prinsip pendinginan kipas
(2) Radiator pipa panas untuk membuang panas
Pembuangan panas radiator pipa panas berarti bahwa pipa panas bergantung pada perubahan fasa cairan kerja di dalam dirinya sendiri untuk mencapai perpindahan panas.Cairan ini memiliki titik didih yang rendah dan mudah menguap.Salah satu ujung pipa panas adalah ujung penguapan, yang terhubung ke unit pendingin di dalam laser;ujung lainnya adalah ujung kondensasi, yang terhubung ke heat sink eksternal dan kipas.Dinding tabung memiliki sumbu penyerap cairan, yang terdiri dari bahan berpori kapiler.Ketika laser dipanaskan, ujung penguapan dipanaskan, cairan yang bekerja menguap dengan cepat, uap mengalir ke ujung kondensasi di bawah perbedaan tekanan, dan panas dilepaskan, yang dibuang melalui kipas;pada saat yang sama, uap mengembun kembali menjadi cairan, dan cairan mengalir kembali ke bagian penguapan melalui sumbu.(Jika itu adalah pipa panas gravitasi, tidak ada sumbu, dan cairan menempel pada dinding tabung dan mengalir kembali ke bagian penguapan bawah dengan gravitasi).Siklus ini tidak berhenti, dan panas dipindahkan dari bagian dalam laser ke bagian luar.
▲ Prinsip pembuangan panas radiator pipa panas
Sistem pengelasan laser genggam LightWELD 1500 IPG menggunakan solusi pendinginan radiator pipa panas.Desain dan pembuatan LightWELD dicirikan oleh ukuran kecil dan ringan, yang mengarah pada perubahan generasi baru pada mesin las laser genggam saat ini.Selain pengelasan, ia juga menyadari fungsi pengelasan dan pembersihan laser genggam.Mesin las laser genggam LightWELD mengadopsi metode pendinginan udara, tanpa konsumsi daya yang diperlukan oleh peralatan chiller tambahan, menghilangkan perpipaan chiller, komponen, kontrol dan tautan pemeliharaan, mengurangi biaya sekaligus meningkatkan portabilitas dan meningkatkan keandalan sistem secara keseluruhan.
▲ Sistem Pengelasan Laser Genggam LightWELD 1500
(Gambar berasal dari Internet, jika ada pelanggaran, harap hubungi kami untuk menghapusnya)
(3) Pendinginan dan pendinginan kompresor
Prinsip pendinginan kompresor dan pembuangan panas: Kompresor memampatkan zat pendingin, mengubah zat pendingin menjadi gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi, dan mengalir ke kondensor eksternal.Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi dikondensasi menjadi cairan bersuhu rendah dan bertekanan tinggi, dan panas yang dihasilkan oleh pencairan dikeluarkan dari mesin dengan kipas.Refrigeran cair suhu rendah dan tekanan tinggi diturunkan tekanannya melalui katup ekspansi dan menjadi suhu rendah, tekanan rendah, keadaan mudah menguap, dan mengalir ke evaporator internal.Evaporator menyerap panas untuk mengurangi suhu internal laser untuk mencapai efek pendinginan, dan kemudian refrigeran menguap menjadi gas bersuhu tinggi dan bertekanan rendah.Refrigeran gas yang diuapkan oleh evaporator dikompresi lagi oleh kompresor dan bersirkulasi bolak-balik, yang mewujudkan pembuangan panas di dalam mesin.
▲ Prinsip pendinginan kompresor dan pembuangan panas
Mesin las genggam berpendingin udara cerdas A1500W yang diluncurkan oleh GW Laser menggunakan skema pendinginan kompresor dan pembuangan panas.GW Laser berfokus pada eksplorasi dan inovasi berkelanjutan dari teknologi 976nm
Dikombinasikan dengan efisiensi konversi fotolistrik tinggi 976nm, secara kreatif memecahkan masalah kapasitas pendinginan berpendingin udara, dan meluncurkan teknologi 976nm berpendingin udara pertama di industri, yang memecahkan masalah konsumsi daya dan portabilitas, dan sekali lagi memimpin arah pengembangan teknologi laser serat.Model ini telah mewujudkan fungsi pengelasan, pemotongan, dan pembersihan tiga-dalam-satu.
▲ GW Laser A1500W Tukang Las Genggam Cerdas berpendingin udara
Perbandingan beberapa metode pendinginan
Struktur kipas pendingin relatif sederhana.Ini hanya menyebarkan panas di heat sink ke heat sink, dan kemudian menggunakan perbedaan suhu antara heat sink dan udara sekitar untuk menghilangkan panas melalui konveksi paksa kipas.Ketika suhu sekitar terlalu tinggi di musim panas, perbedaan suhu antara heat sink dan udara terlalu kecil, dan kapasitas pembuangan panas akan sangat berkurang.Itu hanya dapat secara pasif menghilangkan panas, sangat dipengaruhi oleh lingkungan, dan tidak dapat mengontrol suhu secara akurat.Keuntungannya adalah keseluruhan peralatan dan sistem kontrolnya sederhana.
Dibandingkan dengan metode pendinginan kipas sederhana, radiator pipa panas memiliki lebih banyak pipa panas, sehingga strukturnya relatif rumit.Itu bergantung pada penguapan dan kondensasi bahan kerja untuk dengan cepat mentransfer panas dari heat sink ke heat sink dan kemudian membuang panas ke udara melalui kipas.Itu juga termasuk disipasi panas pasif, yang tidak dapat mengontrol suhu secara akurat dan sangat terganggu oleh suhu di sekitarnya.
Skema pendinginan kompresor dan pembuangan panas termasuk dalam pembuangan panas aktif.Karena adanya kompresor dan katup ekspansi, suhu dapat dikontrol dengan tepat dengan menyesuaikan aliran dan tekanan refrigeran.Pada saat yang sama, suhu refrigeran di kondensor lebih tinggi dari heat sink, yang kondusif untuk pembentukan panas yang cepat.ditransmisikan ke udara.Sistem kontrolnya lebih rumit;pada saat yang sama, karena strukturnya jauh lebih rumit daripada dua skema di atas, volume dan berat peralatan juga meningkat.
Sebagian besar laser serat tradisional menggunakan pendingin air untuk menghilangkan panas.Pertama, air didinginkan dengan pendingin kompresor, lalu laser didinginkan dengan air.Skema pembuangan panas berpendingin udara dari Laser Guanghui secara langsung menggunakan pendinginan kompresor untuk mendinginkan laser, mengabaikan keberadaan air dan menghilangkan tautan perpindahan panas menengah, sehingga efisiensi pembuangan panas lebih tinggi, dan volume serta berat dapat dibuat lebih kecil.
Di laboratorium, kami menggunakan kotak uji suhu dan kelembaban konstan untuk mengatur 35 ° C untuk mensimulasikan lingkungan penggunaan suhu tinggi di musim panas, dan menguji perubahan suhu serat penguat internal laser dengan skema pendingin udara yang berbeda di bawah kondisi tersebut. dengan daya 1500W penuh..Dari data percobaan, terlihat jelas bahwa suhu serat meningkat secara eksponensial dalam beberapa menit pertama dan stabil sekitar 10 menit.Karena efek pendinginan dari kompresor, laser dapat didinginkan secara aktif, sehingga suhu dapat dikontrol di bawah 60 °C, dan perubahan suhu relatif stabil;sementara dua lainnya hanya dapat mengandalkan pembuangan panas pasif, sehingga suhu internal sedikit lebih tinggi daripada skema pendinginan kompresor;, Karena efisiensi perpindahan panas yang tinggi dari pipa panas, panas dapat diekspor dengan baik dari bagian dalam laser, sehingga suhu internalnya lebih rendah daripada kipas murni, dan kenaikan suhu lebih lembut.
▲ Suhu berubah seiring waktu ketika laser mengeluarkan laser 1,5kW dengan skema pendingin udara yang berbeda
(data laboratorium, mungkin ada penyimpangan dari penggunaan lapangan sebenarnya)
Epilog
Di bidang laser serat, GW Laser selalu membidik IPG raksasa laser global.Ini adalah keunggulan merek Guanghui yang unik untuk menciptakan produk dengan kualitas militer.Bertahun-tahun yang lalu, GW Laser mulai mengorganisir pasukan penelitian ilmiah untuk melakukan eksplorasi berkelanjutan dalam pendinginan udara dan pembuangan panas.Di masa mendatang, kami akan terus meningkatkan aspek ini, terus meningkatkan stabilitas produk, mewujudkan peningkatan produk dan teknologi yang berulang, dan memenuhi kebutuhan lebih banyak industri.kebutuhan pengolahan
Waktu posting: Mar-10-2022